CH699850A2

CH699850A2 - Sensoranordnung und Verfahren zur Überwachung der Wasserqualität.

Info

Publication number: CH699850A2
Application number: CH17322008A
Authority: CH
Inventors: Alejandro Schnyder; Corrado Noseda; Edoardo Charbon
Original assignee: Age Sa; Ecole Polytech; Vonroll Infratec Invest Ag
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-14

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (1) und ein Verfahren zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung (2) offenbart. Die Sensoranordnung (1) umfasst eine Anzahl von Sensoren (3) zur Erfassung verschiedener Wasserqualitätsmerkmale und zur Lieferung aktueller Messdaten, eine Kommunikationseinheit (4) zum Senden der aktuellen Messdaten an einen zentralen Regler (5) und eine Durchflusszelle (6), die mit einem Wassereinlass (7) und mit einem Wasserauslass (8) versehen ist, die derart ausgestaltet sind, dass sie mit einem Zuflussrohr (9) bzw. mit einem Abflussrohr (10) der Wasserversorgungsleitung (2) verbunden werden können. Die erfindungsgemässe Sensoranordnung (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle (6) einen Einweg-Wasserströmungsweg (11) umfasst, der den Wassereinlass (7) mit dem Wasserauslass (8) verbindet, wobei die Sensoren (3) jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg (11) derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile (12), die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse (13) des Wasserströmungswegs (11) angeordnet sind. Ebenfalls offenbart wird ein System zur Früherkennung von Schmutzstoffen in einem Wasserverteilnetz (44). Das System beruht auf einer Anzahl von Fernsensoren (3), die im gesamten Wasserversorgungsnetz (44) angeordnet sind. Die Sensoren (3) kommunizieren miteinander, indem sie ein selbstorganisiertes drahtloses Netz verwenden, wobei sie Daten und Steuerbefehle austauschen. Das System ermöglicht es den Wasserversorgern, Kontaminationen in dem Augenblick zu erkennen, in dem sie auftreten.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung und insbesondere in einem Wasserversorgungsnetz. In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die Echtzeit-Fernerkennung von Kontaminationen in Wasserverteilnetzen. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren, die auf der Anwendung einer solchen Sensoranordnung zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität beruhen.

[0002] Alle Trinkwasserversorger in der Schweiz unterstehen dem Bundesgesetz über Lebensmittel, kantonalen Gesetzen und den Richtlinien des Schweizerischen Vereins des Gas- und Wasserfaches, was die Gewährleistung einer minimalen Trinkwasserqualität betrifft. Diese Regelungen verlangen, dass die Reinheit des Trinkwassers regelmässig durch Labortests überprüft wird. So müssen zum Beispiel monatlich Tests zur Bestimmung der Gegenwart allfälliger Bakterien im Trinkwasser durchgeführt werden, während der Gehalt gefährlicher Chemikalien zwei Mal jährlich zu überprüfen ist. Diese herkömmlichen Verfahren bieten jedoch keinesfalls eine vollständige Sicherheitsgarantie, da allfällige Kontaminationen, die kurze Zeit nach den Labortests auftreten, bis zur Durchführung der nächsten Tests unentdeckt bleiben.

Die vorliegende Erfindung hingegen beschäftigt sich mit der kontinuierlichen Online-Überwachung kritischer Wassermerkmale oder -parameter, so dass allfällige Kontaminationen praktisch augenblicklich festgestellt und alle notwendigen Gegenmassnahmen getroffen werden können, solang sie noch wirksam sind.

[0003] Fälle von Kontaminationen in Trinkwasserversorgungsnetzen hatten in der Vergangenheit schwerwiegende Folgen. Ein berühmtes Beispiel, das vor Gericht endete, geschah in Kalifornien, wo das Grundwasser der Stadt Hinkley von einem nahegelegenen Kraftwerk durch Emissionen von Lösungen mit sechswertigen Chromionen verunreinigt wurde, die zum Korrosionsschutz verwendet wurden. Dieser Fall wurde in dem Film Erin Brockovich (2000) veranschaulicht. Andere mehr oder weniger schwere Fälle von Kontaminationen kamen in der ganzen Welt vor. Ein solcher Fall veranlasste die Erfinder, eine permanente Lösung zu entwickeln, wobei sie ein System zur Früherkennung und Warnung des Betreibers eines Wasserverteilnetzes schufen.

Entsprechender Stand der Technik

[0004] Ein ferngesteuertes Kontaminationsüberwachungssystem für ein Wasserversorgungsnetz ist aus dem Patent EP 1 649 278 B1 bekannt. Hier ist mindestens ein Detektor in jeder von mehreren Wasserversorgungsleitungen angeordnet. Die Detektoren sind geeignet, mindestens ein Merkmal des durchströmenden Wassers zu überwachen und ein auf dieses Merkmal bezogenes Signal zu erzeugen, wobei dieses Merkmal aus einer grossen Anzahl physikalischer oder chemischer Parameter, wie z.B. pH, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Chlorkonzentration usw. und aus einer grossen Anzahl biologischer Parameter wie z.B. dem Vorhandensein coliformer und anderer Bakterien oder Mikroorganismen ausgewählt wird.

Jeder Detektor ist vorzugsweise an einem Knotenpunkt in einem Wasserversorgungsnetz angeordnet, der auch mit einem Zugriffstor versehen ist, das so verbunden ist, dass es mit einem Zugriffsregler kommuniziert. Spezifische persönliche Merkmale eines Zugriffsschlüssels können es bestimmten Personen ermöglichen, Zugriff auf ein oder mehrere Zugriffstore des Überwachungssystems zu erhalten. Ein spezielles Absperrventil kann an einem zweiten Knotenpunkt angeordnet sein. Wenn der Detektor einem zentralen Regler über eine Drahtlosverbindung spezifische Daten übermittelt, vergleicht der lokale Regler die eintreffenden spezifischen Daten mit gespeicherten Modelldaten, wobei der lokale Regler auf der Grundlage dieses Vergleichs entscheiden kann, (ebenfalls über eine Drahtlosverbindung) die Schliessung des betreffenden Absperrventils zu veranlassen.

Diese Entscheidungen können auch auf der Kreuzkorrelation der von verschiedenen Detektoren erhaltenen Daten beruhen, die verschiedene Merkmale präsentieren; auf diese Weise müssen nicht an demselben Knotenpunkt alle Detektoren für alle Merkmale vorgesehen sein.

[0005] Eine spezielle Sensoranordnung in einem Multiparameter-Überwachungssystem ist aus dem Patent US 7,007,541 B1 bekannt. Hier sind eine Vielzahl von Multiparameter-Überwachungswerkzeug-Anordnungen über ein Kommunikationsnetz verbunden und stehen darüber hinaus in Verbindung mit einem zentralen Regler. Jede dieser Multiparameter-Überwachungswerkzeug-Anordnungen ist mit einer Vielzahl von Sensorkopfkomponenten versehen, und eine Funktionalität des zentralen Reglers besteht darin, Konfigurationsinformationen für jede dieser untereinander austauschbaren Sensorkopfkomponenten zu empfangen, um daraus Betriebsinformationen zu extrahieren. Die Sensorköpfe eines Multiparameter-Überwachungswerkzeugs können in einer Drossel angeordnet sein, die die Sensoren teilweise umschliesst, aber Zutrittsöffnungen für das Wasser aufweist, damit dieses die Sensoren erreicht.

Diese Drossel bietet auch einen physikalischen Schutz für die empfindlichen Detektoren, wenn das Multiparameter-Überwachungswerkzeug verwendet wird, um die Wasserqualität an Stellen wie z.B. im Grundwasser oder Oberflächenwasser zu überwachen. Alternativ können die Sensorköpfe eines Multiparameter-Überwachungs-Werkzeugs in einer Durchflusszelle angeordnet werden, die Einlass- und Auslassleitungen umfasst, wodurch ein Mittel geschaffen wird, um die Sensoren in einer Werkzeuganordnung einer entfernt angeordneten Flüssigkeitsquelle auszusetzen.

Ziele und Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung

[0006] Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer alternativen Sensoranordnung, die auf permanente Weise über lange Zeiträume die Fernüberwachung der Wasserqualität in Wasserversorgungsleitungen ermöglicht. Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer alternativen Sensoranordnung, die zumindest teilweise von einem zentralen Regler unabhängig ist. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer alternativen Sensoranordnung in einem System, das es Wasserversorgern ermöglicht, Kontaminationen in dem Augenblick zu erkennen, in dem sie auftreten.

[0007] Ein erstes Ziel wird durch die hier beschriebene Sensoranordnung erreicht. Die Sensoranordnung gemäss der vorliegenden Erfindung ist zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung bestimmt. Die Sensoranordnung umfasst eine Anzahl von Sensoren zur Erfassung verschiedener Wasserqualitätsmerkmale und zur Lieferung aktueller Messdaten. Die Sensoranordnung umfasst auch eine Kommunikationseinheit zum Senden der aktuellen Messdaten an einen zentraler Regler. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung eine Durchflusszelle, die mit einem Wassereinlass und mit einem Wasserauslass versehen ist, die so ausgestaltet sind, dass sie mit einem Zuflussrohr bzw. einem Abflussrohr der Wasserversorgungsleitung verbunden werden können.

Die Sensoranordnung gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle einen Einweg-Wasserströmungsweg umfasst, der den Wassereinlass mit dem Wasserauslass verbindet, wobei die Sensoren jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile, die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse des Wasserströmungswegs angeordnet sind. Weitere bevorzugte und erfinderische Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

[0008] Ein zweites Ziel wird durch die Schaffung einer Sensoranordnung gemäss der vorliegenden Erfindung erreicht, die darüber hinaus eine Recheneinheit zur Verarbeitung der aktuellen Messdaten der Sensoren umfasst, die es der Sensoranordnung ermöglicht, über die Durchführung eines Absperrvorgangs eines Ventils in der Wasserversorgungsleitung zu entscheiden und/oder Informationen an eine andere Sensoranordnung und an den zentralen Regler zu liefern.

[0009] Ein drittes Ziel wird durch ein Verfahren zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung mit der Sensoranordnung gemäss der vorliegenden Erfindung erreicht. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchflusszelle in oder an einer Wasserversorgungsleitung montiert wird, indem ein Zuflussrohr mit dem Wassereinlass und ein Abflussrohr mit dem Wasserauslass der Durchflusszelle verbunden wird.

Verschiedene Merkmale der Wasserqualität werden mit einer Anzahl von Sensoren in einem Einweg-Wasserströmungsweg gemessen, der den Wassereinlass mit dem Wasserauslass verbindet, wobei die Sensoren jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile, die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse des Wasserströmungswegs angeordnet sind.

[0010] Ein viertes Ziel wird durch die Schaffung eines Systems erreicht, wie es nachfolgend beschrieben wird. Das System beruht auf einer Anzahl von Fernsensoren, die im gesamten Wasserversorgungsnetz des Betreibers angeordnet sind. Die Sensoren kommunizieren miteinander, indem sie ein selbstorganisiertes drahtloses Netz verwenden, wobei sie Daten und Steuerbefehle austauschen. Das System ermöglicht es den Wasserversorgern, Kontaminationen in dem Augenblick zu erkennen, in dem sie auftreten. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, um die Wasserleitungen vor vorsätzlichen Akten, Vernachlässigung und Störfällen zu schützen. Der Hauptzweck einer systematischen Erhebung und Verarbeitung von Wasserqualitätsdaten ist die Fähigkeit, einer möglichen Wasserkontamination rechtzeitig entgegenzuwirken.

Die erhobenen Daten können auch verwendet werden, um Prognosen zur Wasserqualität an verschiedenen Stellen des Netzes unter dem Einfluss externer Faktoren zu erstellen oder das Verbreitungsmuster einer Kontamination vorherzusagen.

Definitionen

[0011] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gelten folgende Definitionen:
Ein "Wasserverteilnetz" ist ein Netz, bestehend aus Wasserquellen, Pump- und Aufbereitungsstationen sowie Rohren, die dazu verwendet werden, Wasser an Verbraucher in einer Gemeinde zu liefern.
Eine "Kontamination" ist das Vorhandensein unerwünschter und/oder potentiell gefährlicher Stoffe im Trinkwasser in kritischen Mengen.
Ein "selbstorganisiertes Sensornetz" ist ein Netz bestehend aus räumlich verteilten autonomen Vorrichtungen, die Sensoren verwenden, um in Zusammenarbeit physikalische Bedingungen oder Umweltbedingungen wie z.B.

Temperatur, Lärm, Schwingung, Druck, Bewegung oder Schmutzstoffe an verschiedenen Stellen zu überwachen.
Ein "Sensorknoten" ist ein Knoten in einem drahtlosen Sensornetz, der geeignet ist, bestimmte Verarbeitungsvorgänge durchzuführen, sensorische Informationen zu sammeln und mit anderen verbundenen Knoten im Netz zu kommunizieren.
Eine "Betätigungsvorrichtung" ist ein mechanisches Element, das dazu verwendet wird, den Durchfluss in einem Abschnitt des Wasserverteilnetzes zu steuern, wie z.B. ein Schieberventil oder jegliche andere Absperrvorrichtung.

Ein "physikalischer Parameter" ist ein Merkmal wie z.B., aber nicht ausschliesslich, Temperatur, Trübung und Leitfähigkeit (roh und korrigiert) des in dem Wasserverteilnetz strömenden Wassers.
Ein "chemischer Parameter" ist ein Merkmal wie z.B., aber nicht ausschliesslich, Sauerstoffgehalt, pH, Redoxpotential, Chlorkonzentration, DOC/TOC, CSB/BSB, Nitratkonzentration.
Ein "biologischer Parameter" ist ein Merkmal, das sich auf Mikroorganismen der Spezies wie z.B., aber nicht ausschliesslich, Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Pseudomonas, Legionella bezieht.
Eine "Triangulationstechnik" ist eine Technik, mit der der räumlich-zeitliche Ursprung eines Ereignisses durch mathematische Mittel aus den verbreiteten Sensor-Informationen abgeleitet werden kann.

Kurze Einführung in die Zeichnungen

[0012] Die Erfindung wird besser verständlich mit Hilfe der Beschreibung einer Ausführungsform, die als Beispiel angegeben wird, das den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränkt und das durch die beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht wird, wobei:
<tb>Fig. 1<sep>eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt;

<tb>Fig. 2<sep>die bevorzugten Abmessungen der ersten Ausführungsform einer Sensoranordnung zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität von Fig.1 zeigt;

<tb>Fig. 3<sep>einen Teil des Aufbaus des Wasserverteilsystems in der Gemeinde Chiasso (Schweiz) zeigt;

<tb>Fig. 4<sep>ein Diagramm der Wasserdurchflussmuster über 24 Stunden zeigt, wie sie durch zwei gegenwärtig in Betrieb befindliche Haupteinlass-Durchflussmesser gemessen werden;

<tb>Fig. 5<sep>eine Schematik eines typischen Wasserverteilnetzes zeigt, das mit einem selbstorganisierten Sensornetz, einem Netz von Betätigungsvorrichtungen sowie zentralisierten oder verteilten Datenverarbeitungseinheiten und Einheiten zur Steuerung der Betätigungsvorrichtungen versehen ist.

Genaue Beschreibung der Erfindung

[0013] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Sensoranordnung zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität gemäss der vorliegenden Erfindung. Dies ist eine Sensoranordnung 1 zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung 2. Die Sensoranordnung 1 umfasst eine Anzahl von Sensoren 3 zur Erfassung verschiedener Merkmale der Wasserqualität und zur Bereitstellung aktueller Messdaten, eine Kommunikationseinheit 4 zum Senden der aktuellen Messdaten zu einem zentralen Regler 5, und eine Durchflusszelle 6. Die Durchflusszelle 6 ist mit einem Wassereinlass 7 und mit einem Wasserauslass 8 versehen, die so ausgestaltet sind, dass sie mit einem Zuflussrohr 9 bzw. einem Abflussrohr 10 der Wasserversorgungsleitung 2 verbunden werden können.

[0014] Die Sensoranordnung 1 zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle 6 einen Einweg-Wasserströmungsweg 11 umfasst, der den Wassereinlass 7 mit dem Wasserauslass 8 verbindet, wobei die Sensoren 3 jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg 11 derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile 12, die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse 13 des Wasserströmungswegs 11 angeordnet sind. Der bevorzugte Durchmesser des Wasserströmungswegs beträgt 23 mm, während seine Länge vorzugsweise nicht länger als 600 mm ist.

[0015] Vorzugsweise umfasst jeder der Sensoren 3 einen Gewindeteil 14, um den Sensor 3 von aussen in einem entsprechenden Mutterteil 15 eines Einsetzloches 16 der Durchflusszelle 6 befestigen zu können. Jedes dieser Einsetzlöcher 16 öffnet sich einzeln in den Wasserströmungsweg 11. Die Ausstattung der Sensoren 3 mit einem Gewindeteil 14 erleichtert die präzise Montage und den Austausch der Sensoren 3. Es sind auch andere Arten der Befestigung der Sensoren 3 an der Durchflusszelle 6 denkbar; diese Arten umfassen z.B. die Verwendung bajonettartiger Schnellverriegelungsverbindungen (nicht dargestellt).

[0016] Die jeweiligen Sensoren erbringen die beste Leistung an einer geeigneten Stelle, die den Sensor mit einem optimalen Wasservolumen versorgt. Bei dieser Sensoranordnung 1 wird daher bevorzugt, dass der Wasserströmungsweg 11 eine Anzahl spezieller Strömungswegteile 17 umfasst, die einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser 18 aufweisen, der an den Typ des Sensors 3 angepasst ist, dessen Abfühlteil 12 in dem speziellen Strömungswegteil 17 angeordnet ist. Um die Sensoren 3 in der Sensoranordnung 1 mit einer zumindest annähernd homogenen Umgebung zu versorgen, sind die speziellen Wasserströmungswegteile 17 vorzugsweise konzentrisch in Bezug auf die Mittelachse 13 des Wasserströmungswegs 11 angeordnet.

[0017] In der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist die Durchflusszelle 6 der Sensoranordnung 1 als Würfel ausgeführt. Um eine Sensoranordnung 1 mit einem möglichst kleinen Gesamtvolumen zu schaffen, erstreckt sich die Mittelachse 13 des Wasserströmungswegs 11 im Wesentlichen parallel zu drei geraden Ausdehnungen der Durchflusszelle 6, wodurch ein Einweg-Wasserströmungsweg 11 in Form eines umgekehrten U gebildet wird.

[0018] Es wird besonders bevorzugt, die Durchflusszelle 6 der erfindungsgemässen Sensoranordnung 1 mit einer Drosselvorrichtung 19 zur Regulierung des Wasserdurchflusses im Wasserströmungsweg 11 zu versehen. Wenn der Wasserdurchfluss reguliert wird, können optimale Mess- oder Erfassungsbedingungen für die verschiedenen Sensoren 3 erzielt werden, die jeweils in einem Hohlraum mit geeignetem Volumen untergebracht sind. Durch die Anpassung des Volumens des Hohlraums und die Regulierung des Wasserdurchflusses können die speziellen Bedingungen für jeden Sensor 3 optimiert werden. Tatsächlich wurde festgestellt, dass die Regulierung des Wasserdurchflusses auch die Gefahr der Ansammlung von Schmutzstoffen oder biologischen Massen beseitigt.

Daher wird in dem Einweg-Wasserströmungsweg 11 einer Durchflusszelle 6, die in ein für Haushalte bestimmtes Netz mit einem Wasserdruck im Bereich von z.B. 0.1 bis 6 Bar eingefügt oder an diesem angebracht ist, vorzugsweise ein bestimmter Wasserdurchfluss (30 bis 50 l/h für Trinkwasseranwendungen) gewählt. Dieser Wasserdurchfluss sorgt für eine kontinuierliche Reinigung der Durchflusszelle 6, so dass die Sensoranordnung 1 über Monate und sogar Jahre dauerhaft an dem Wasserverteil netz 44 (siehe Fig. 5) angebracht sein kann.

[0019] Abweichend von der Darstellung in Fig. 1könnte die Durchflusszelle 6 in jeder anderen Ausrichtung montiert sein: In einer umgekehrten Stellung weist der Einweg-Wasserströmungsweg 11 zum Beispiel die Form eines aufrechten U auf. In einer Stellung, in der die Durchflusszelle 6 um 90[deg.] nach links gedreht ist, weist der Einweg-Wasserströmungsweg 11 zum Beispiel die Form eines aufrechten C auf. Die Entscheidung über die tatsächliche Ausrichtung wird dem Fachmann überlassen, der die Durchflusszelle 6 montiert. Die in Fig. 1dargestellte Stellung wird jedoch bevorzugt, da die Drosselvorrichtung 19 vorzugsweise auch als Entlüftungsmittel zur Entfernung der meisten oder aller Luftblasen verwendet werden kann, die in dem Einweg-Wasserströmungsweg 11 der Durchflusszelle 6 vorhanden sind.

[0020] Ebenfalls abweichend von der Darstellung in Fig. 1 kann die Durchflusszelle als gestreckter Würfel (nicht dargestellt) ausgeführt werden, wobei sich die Mittelachse 13 des Wasserströmungswegs 11 im Wesentlichen parallel zur Längsausdehnung der Durchflusszelle 6 erstreckt, wodurch ein gerader Einweg-Wasserströmungsweg 11 (nicht dargestellt) gebildet wird. Die einzelnen Sensoren 3 können an einer Seite oder an zwei, drei oder allen vier Seiten eines solchen gestreckten Würfels angeordnet sein (nicht dargestellt).

[0021] Ebenfalls abweichend von der Darstellung in Fig. 1 kann die Durchflusszelle als Zylinder (nicht dargestellt) ausgeführt werden, wobei sich die Mittelachse 13 des Wasserströmungswegs 11 im Wesentlichen parallel zur Längsausdehnung der Durchflusszelle 6 erstreckt, wodurch ein gerader Einweg-Wasserströmungsweg 11 (nicht dargestellt) gebildet wird.

[0022] Um die Anforderungen der eingangs erwähnten Vorschriften zur Trinkwasserqualität zu erfüllen, wird die Durchflusszelle 6 vorzugsweise aus einem nichtkorrosiven, inerten Material hergestellt, das aus einer Gruppe von Materialien gewählt wird, die Folgendes umfasst: Messing, Leichtmetalle, Leichtmetalllegierungen, Polymermaterialien und Polymerverbundmaterialien. Der Fachmann wird geeignete Materialien auswählen, die für die Verwendung in Trinkwasserversorgungsleitungen zugelassen und erlaubt sind.

[0023] Die Herstellung der Durchflusszelle 6 erfolgt vorzugsweise durch Spritzguss von Polymermaterialien und/oder Polymerverbundmaterialien. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass Durchflusszellen mit geringem Gewicht in grossen Stückzahlen und mit hoher Präzision hergestellt werden können, wobei sich die relativ hohen Kosten für das Spritzgusswerkzeug auf die grosse Zahl einzelner Durchflusszellen aufteilen. Wenn jedoch kleinere Serien von Durchflusszellen 6 hergestellt werden sollen, können Blockmaterialien aus Metallen oder Polymeren verwendet werden, wobei die Einsetzlöcher 16 und die speziellen Wasser-strömungswegteile 17 als Bohrlöcher ausgeführt werden. Um die Qualität zu optimieren und die Produktionskosten zu minimieren, können Kombinationen dieser Verfahren und auch geformte Halbfertigteile aus Metall oder Polymermaterialien verwendet werden.

Die Sensoren 3, die an der Durchflusszelle 6 montiert werden, werden vorzugsweise aus einer Gruppe gewählt, die pH-, Redox-, Chlor-, UV-VIS-, Trübungsmessungs-, 02- und Leitfähigkeitssonden umfasst.

[0024] In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind eine pH-Sonde 21, eine Redox-Sonde 22, ein Chlor-, Chlordioxid- oder Ozonsensor 23, eine UV-VIS-Sonde 24, ein Trübungssensor 25, ein 02-Sensor 27 und eine Sonde zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit 28 entlang dem Einweg-Wasserströmungsweg 11 angeordnet. Ein Überblick über zweckdienliche Sensoren und damit zu messende Merkmale wird in dem Patent EP 1649 278 B1 gegeben, das durch Bezugnahme ausdrücklich hierin aufgenommen wird. Somit kann jeder in diesem europäischen Patent angeführte Sensor, d.h. jeder im Handel erhältliche Sensor, in die Durchflusszelle 6 der erfindungsgemässen Sensoranordnung 1 aufgenommen werden. Es wird jedoch angemerkt, dass die Reihenfolge der Sensoren 3 vorzugsweise so gewählt wird, wie sie in Fig.1 abgebildet ist.

Leere Einsetzlöcher 16 können mit einem Stopfen 26 verschlossen werden, um Leckagen aus der Durchflusszelle 6 zu vermeiden. Gegebenenfalls sind alle Sensoren und Stopfen mit mindestens einer Dichtung 30 versehen, um den Wasserströmungsweg 11 dicht gegenüber der Umgebung zu verschliessen. Der Stopfen 26 kommt vorzugsweise auch bei der Wartung zum Einsatz, zum Beispiel bei der Reinigung des speziellen beschichteten Glasrohrs des Trübungsmessers und beim Kalibrieren des Trübungsmessers mit Referenzkalibriergläsern.

[0025] Besonders bevorzugt wird ein Trübungsmesser 25 mit einem LED-Sender, der in einem 90[deg.]-Winkel zum Empfänger (Sensor) 25 positioniert ist. Der Sender ist an der Rückseite der Durchflusszelle 6 montiert. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass das Wasser durch ein eingefügtes Glasrohr 48 strömt, das durch zwei O-Ringe 30 abgedichtet ist (siehe Fig. 1). Zudem ist vorzugsweise ein automatisches Entlüftungsventil 47 am Wasserströmungsweg 11 montiert, um alle möglicherweise in der Durchflusszelle 6 vorhandenen Gasblasen zu entfernen.

[0026] Es wird besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemässe Sensoranordnung 1 darüber hinaus eine Recheneinheit 20 zur Verarbeitung der aktuellen Messdaten der Sensoren 3 umfasst. Auf diese Weise versetzt die Recheneinheit 20 die Sensoranordnung 1 in die Lage, die Absperrung eines Ventils 38 (siehe Fig. 3 und 5) in der Wasserversorgungsleitung 2 zu beschliessen und/oder (Vorzugsweise drahtlos) über eine Antenne 29 Informationen an eine andere Sensoranordnung 1 und an den zentralen Regler 5 zu senden. Jede von einem Fachmann für zweckdienlich erachtete Kombination von Merkmalen, die in dieser Patentanmeldung offenbart werden, gehört zum Umfang der vorliegenden Erfindung.

[0027] Bei dem Verfahren zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine bereits beschriebene Sensoranordnung 1 verwendet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchflusszelle 6 in oder an einer Wasserversorgungsleitung 2 montiert wird, indem ein Zuflussrohr 9 mit dem Wassereinlass 7 und ein Abflussrohr 10 mit dem Wasserauslass 8 der Durchflusszelle 6 verbunden wird;

verschiedene Merkmale der Wasserqualität werden mit einer Anzahl von Sensoren 3 in einem Einweg-Wasserströmungsweg 11 gemessen, der den Wassereinlass 7 mit dem Wasserauslass 8 verbindet, wobei die Sensoren 3 jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg 11 derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile 12, die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse 13 des Wasserströmungswegs 11 angeordnet sind.

[0028] Vorzugsweise wird der Wasserdurchfluss durch den Wasserströmungsweg 11 mittels einer Drosselvorrichtung 19 der Durchflusszelle 6 überwacht und reguliert. Wenn es nötig ist, z.B. wenn ein zu hoher Gehalt an biologischen Zellen in der Durchflusszelle festgestellt wird, kann der Wasserdurchfluss erhöht werden, um die Durchflusszelle 6 zu spülen. Dieses Spülen kann manuell durchgeführt werden; es wird jedoch auf höchst bevorzugte Weise ebenfalls durch Fernsteuerung durchgeführt. Eine solche Fernsteuerung kann durch die individuelle Recheneinheit 20 der jeweiligen Sensoranordnung 1 oder durch den zentralen Regler 5 erfolgen. In jedem Fall wird eine solche individuelle Steuerung vorzugsweise auch durch den zentralen Regler 5 überwacht.

So wird vorzugsweise ein spezieller Wasserdurchfluss (von 30 bis 50 l/h für Trinkwasseranwendungen) in dem Einweg-Wasserströmungsweg 11 einer Durchflusszelle 6 gewählt, die mit einem für Haushalte bestimmtes Netz mit einem Wasserdruck im Bereich von z.B. 0.1 bis 6 Bar verbunden ist. Ein solcher Wasserdurchfluss sorgt für eine kontinuierliche Reinigung der Durchflusszelle 6, so dass die Sensoranordnung 1 über Monate und sogar Jahre dauerhaft an dem Wasserverteilnetz angebracht sein kann.

[0029] Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und ein System zur Früherkennung von Kontaminationen in einer Trinkwasserversorgung. Der Hauptzweck des Systems ist es, die Ausgabe von Warnungen an die Bevölkerung und an die Behörden in einem ausreichend frühen Verschmutzungsstadium zu ermöglichen. So können rechtzeitig Gegenmassnahmen ergriffen werden, und die Exposition der Bevölkerung gegenüber schädlichen Schmutzstoffen kann minimiert und möglicherweise gänzlich verhindert werden. Das System ermöglicht es, Mittel einzurichten, um kontinuierliche Aktualisierungen zur Trinkwasserqualität zu liefern. Als weitere Entwicklung ermöglicht es das System darüber hinaus, den Wasserdurchfluss durch das Netz automatisch zu steuern, um die Auswirkungen einer möglichen Kontaminierung zu minimieren.

[0030] In einer Ausführungsform wird eine Reihe von Sensoranlagen oder, wie sie auch genannt werden, "Sensoranordnungen" zur Online-Überwachung der Wasserqualität verwendet. Solche Sensoreinheiten umfassen eine Durchflusszelle 6 und überwachen physikalische, chemische und biologische Parameter. Die physikalisch-chemischen Parameter umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Werte wie Temperatur, Trübung, Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt, pH, Redoxpotential, Chlorkonzentration, DOC/TOC, CSB, BSB (dissolved organic carbons - gelöster organischer Kohlenstoff/total organic carbons - gesamter organischer Kohlenstoff, chemischer Sauerstoffbedarf, biologischer Sauerstoffbedarf) und Nitratkonzentration, um nur einige zu nennen. Die biologischen Parameter umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die Spezies Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Pseudomonas, Legionella.

[0031] In einer Ausführungsform können die Sensoreinheiten an verschiedenen Standorten angeordnet werden, um ein Minimum an wichtigen Knotenpunkten des Netzes zu erfassen. Die Definition der räumlichen Anordnung der Sensoranlagen oder Sensoranordnungen 1 ist das Ergebnis systematischer Forschungs- und Optimierungsarbeiten, wobei Folgendes berücksichtigt wird:
(a) Zugänglichkeit, (b) Vorhandensein einer Drahtlosverbindung, (c) kritische Punkte des Wasserverteilnetzes, wie z.B. Bevölkerungsdichte, durchschnittlicher Wasserdurchfluss und Vorhandensein potentieller Gefahrenquellen, um nur einige zu nennen.

[0032] Die Wechselbeziehung zwischen bestimmten Parametern ist nur qualitativ aus der Erfahrung bekannt, es ist jedoch von fundamentaler Wichtigkeit, solche Beziehungen zu quantifizieren. Ein Beispiel einer solchen Korrelation ist der Rückgang der Konzentration an freien Chlorionen (zum Zweck des Schutzes des Netzes wird Natriumhypochlorit zugesetzt) in Gegenwart eines (im Allgemeinen) bakteriellen Gehalts. Darüber hinaus können auch Parameter, die gewöhnlich als voneinander unabhängig erscheinen, eine gewisse leichte Korrelation zeigen.

[0033] Eine solide Datenbank und geeignete Algorithmen erlauben es dem Betreiber des Wasserverteilnetzes, ein allgemeines Bild von der Qualität des verteilten Wassers zu ermitteln, indem jederzeit nur einige wenige Parameter gemessen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden alle relevanten Parameter in dem gesamten Wasserversorgungsnetz bestimmt, indem nur einige wenige Werte gemessen werden und indem die geeigneten Korrelationsalgorithmen verwendet werden. An einer Hauptmessstelle I werden zum Beispiel alle Parameter (1 bis n) gemessen. Diese Parameter umfassen all jene, die oben angeführt wurden. An externen Standorten II und III sind zum Beispiel sekundäre Messstellen mit eingeschränkten Messkapazitäten verfügbar. An diesen externen Standorten II und III werden nur die Parameter 1 bis p bzw. 1 bis q überwacht, wobei (p, q) < n.

Gemäss einer solchen beispielhaften Ausführungsform eines an einem Wasserverteilnetz 44 angeordneten Sensornetzes 42 ermöglichen es die Korrelationen zwischen den an der Hauptmessstelle I aufgezeichneten Daten, diese Parameter an allen anderen Standorten (hier II und III) auf der Basis der hier gemessenen wenigeren, aber relevanten Parameter jederzeit zu extrapolieren.

[0034] Die Minimierung der Anzahl der überwachten Parameter führt somit zu einer Reduktion der Abmessungen der Sensoranlagen oder Sensoranordnungen 1, die praktisch überall im Netz 44, zum Beispiel in Feuerlöschhydranten (in Überflurhydranten 35 oder in Unterflurhydranten 36; siehe Fig. 3) angebracht werden können. Auch eine Senkung der Kosten der Sensoranordnungen 1, die im Hinblick auf eine verbreitete Anwendung der Sensoren 3 wünschenswert ist, ist eine positive Auswirkung der Minimierung der überwachten Parameter.

[0035] Obwohl die Sensoranlagen oder Sensoranordnungen 1 die kontinuierlich erfassten Daten vorzugsweise lokal (d.h. in ihrer Recheneinheit 20) speichern, sind sie auch mit Drahtlosübertragungsmodulen oder Kommunikationseinheiten 4 versehen, die verwendet werden, um die Daten an eine zentrale Überwachungs- und Datenverarbeitungsstation, d.h. an einen zentralen Regler 5 zu senden. Die drahtlose Datenübertragung, z.B. mittels Antennen 29, hat sich bereits bewährt. Darüber hinaus wird eine Routine zur regelmässigen Übertragung der Daten eingesetzt.

[0036] Nachdem die Daten heruntergeladen wurden, werden sie derart verarbeitet, dass eine Bedienungskraft leicht in der Lage ist, das Auftreten von Verschmutzungsereignissen zu erkennen (und sie wenn möglich gänzlich zu verhindern). Nachdem diese verarbeitet und verständlich gemacht wurden, können einige der Daten auch der allgemeinen Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Darüber hinaus können die Daten regelmässig aktualisiert werden, indem sie z.B. auf einer Internetseite veröffentlicht werden. Dabei ist jedoch sicherzustellen, dass das Format der öffentlich zugänglichen Daten derart gestaltet wird, dass keine Möglichkeit der Falschinterpretationen und Manipulationen besteht. Auch sollte nur ausgewählten Benutzern Zugang zu heiklen Daten gewährt werden.

Die Daten sollten im Allgemeinen gesichert sein, um zu verhindern, dass jedermann sie frei im Internet veröffentlichen kann. In diesem Fall sollten gut bekannte Techniken zur Datensicherung angewendet werden. Solche Techniken werden z.B. in dem Patent EP 1 649 278 B1 offenbart, das auch diesbezüglich durch Bezugnahme ausdrücklich hierin aufgenommen wird.

[0037] Die Gegend, in der sich die Wasserquellen befinden, kann geologische Merkmale aufweisen, die sie der Witterung aussetzen. So kann zum Beispiel die karstische Natur bestimmter Gegenden dazu führen, dass die Trübung des Wassers nur einige wenige Stunden nach dem Einsetzen eines heftigen Regens dramatisch steigt. Die Wahrscheinlichkeit, Bakterien zu finden (die aus den gedüngten Feldern an der Oberfläche ausgeschwemmt werden) kann so signifikant steigen. Dieser Umstand macht es somit noch dringlicher, die Gegenwart von Schmutzstoffen im Wasser vorherzusagen, wenn es abgezogen und in das Netz eingespeist wird. Daher können Wetterdaten, die z.B. den Datenbanken von meteorologischen Diensten entnommen werden, zur Verfeinerung der Prognosemodelle verwendet werden.

[0038] Der Wasserbedarf variiert im Lauf eines Tages beträchtlich. Während er am Morgen bzw. zur Mittag- und Abendessenzeit am höchsten ist, ist er in der Nacht, vor allem nach 12 Uhr Mitternacht, sehr gering. Darüber hinaus ist das Verbrauchsmuster in Wohngegenden ein anderes als in Geschäfts- oder Industriegebieten (siehe Fig. 3und 4). Die Durchflussdaten der über das Netz verteilten Wasserzähler können so genutzt werden, dass allfällige notwenige Gegenmassnahmen (z.B. Sperrungen von Leitungsabschnitten) bei einer Kontaminierung auf jene Bereiche des Wasserversorgungsnetzes optimiert werden, die von einem solchen Ereignis mit höherer Wahrscheinlichkeit betroffen sind.

[0039] Fig. 2 zeigt die bevorzugten Masse der ersten Ausführungsform einer Sensoranordnung 1 zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität von Fig. 1. Alle Masse sind in mm angegeben.

[0040] Die folgende Tabelle 1 zeigt die chemischen und physikalischen Merkmale des Wassers, die vorzugsweise gemessen werden, sowie die technischen Daten der Sensoren, die zu diesem Zweck vorzugsweise verwendet werden.

Tabelle 1

[0041]
<tb>Merkmal<sep>Messprinzip<sep>Messbereich<sep>Auflösung

<tb>pH-Wert<sep>Gaselektrode galvanisch<sep>0.00 bis 14.00 PH<sep>0.01 pH

<tb>Redoxpotential<sep>Platinelektrode galvanisch<sep>-2000 bis +2000 mV<sep>1 mV

<tb>Freies Chlor<sep>Doppelmembranelektrode galvanisch<sep>0.00 bis 2.00 mg/l<sep>0.01 mg/l

<tb>Ozon<sep>Doppelmembranelektrode galvanische<sep>0.00 bis 2.00 mg/l<sep>0.01 mg/l

<tb>UV-VIS-Spektrometer<sep>Xenon-Photoarray optisch 180[deg.]<sep>190 bis 720 nm<sep>2 nm/256 Pixel

<tb>Trübungsmessung<sep>Infrarot-LED optisch<sep>0.000 bis 10.000 FNU<sep>0.005 FNU

<tb>Gelöster O2<sep>Speziallegierungselektrode galvanisch<sep>0.00 bis 20.00 mg/l<sep>0.01 mg/l

<tb>Temperatur<sep>Widerstandsmessung NTC<sep>-10.0 bis +60.0[deg.]C<sep>0.1 [deg.]C

<tb>Leitfähigkeit<sep>induktiv mit Kompensation<sep>50 bis 20 000 uS/cm<sep>1 uS/cm

<tb>SAK 254<sep>korreliert zum UV-VIS-Spektrometer bei 254 nm<sep>0.0 bis 20.0 E/m<sep>0.1 E/m

<tb>TOC / DOC<sep>korreliert zum UV-VIS-Spektrometer bei 254 nm<sep>0.0 bis 20.0 mg/l<sep>0.1 mg/l

<tb>Nitrat<sep>korreliert zum UV-VIS-Spektrometer bei 254 nm<sep>0.0 bis 100.0 mg/l<sep>0.1 mg/l

[0042] Die Recheneinheit 20 der Sensoranordnung 1 zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität umfasst vorzugsweise ein CPU-Element mit einem 32 Bit-Prozessor und einem 128 MB-Speicher, das unter einer LINUX-Oberfläche läuft. Die Recheneinheit 20 umfasst darüber hinaus vorzugsweise eine LCD-Grafikanzeige 128/240 Pixel mit Touchpanel. Die Schnittstellen umfassen vorzugsweise einen CAN-Bus, durch den zusätzliche Sensoren angeschlossen und zusätzliche Parameter oder Merkmale gemessen werden können. Die Schnittstellen umfassen vorzugsweise auch eine Ethernet-Schnitt-stelle 10/100 MBit, einen USB-Kontakt und ein GSM-Modul. Die bevorzugte Arbeitsspannung ist 24 V Gleichstrom mit 2 Ampere.

[0043] Fig. 3 zeigt einen Teil des Aufbaus des Wasserverteilsystems in der Gemeinde Chiasso (Schweiz). Die Wasserversorgungsleitungen 2 des Wasserverteilnetzes 44 ziehen sich die Strassen und Gassen 45 entlang. Ein erster Hauptdurchflussmesser 31 und ein zweiter Hauptdurchflussmesser 32 sind an zwei Endpositionen angeordnet, nämlich in der Nähe des Punktes, an dem das Wasser von der Wasserleitung in Richtung "Serbatoio Pignolo" (siehe Pfeil 46) und von der Quelle 34 "Serbatoio San Giorgio" in das Netz 44 eintritt. In einer zentraleren Position befindet sich die Brunnen- und Pumpstation 33. Aus Fig.3geht hervor, dass hier ein reales Netz 44 von Wasserversorgungsleitungen 2 vorliegt. An prominenten Stellen sind Feuerlöschhydranten in Form eines Überflurhydranten 35 oder eines Unterflurhydranten 36 angeordnet, die alle mit einer individuellen Hydrantennummer 37 versehen sind.

Eine grosse Anzahl von Betätigungsvorrichtungen (Ventilen) 38 ist ebenfalls über das gesamte Netz verteilt. Der geografische Norden ist mit einem Pfeil mit der Bezeichnung N angegeben.

[0044] Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Wasserdurchflussmuster über 24 Stunden, wie sie durch zwei gegenwärtig in Betrieb befindliche Haupteinlass-Durchflussmesser gemessen werden, nämlich den Haupteinlass-Durchflussmesser 1 (in Fig. 3mit 31 bezeichnet) und den Haupteinlass-Durchflussmesser 2 (in Fig. 3 mit 32 bezeichnet). Die Kurven beziehen sich auf die Hauptdurchflussmesser 1 (31) und 2 (32) und zeigen, wie trotz der sehr unterschiedlichen Durchflusswerte ausgehend von den jeweiligen Quellen eine praktisch kontinuierliche Einspeisung von Wasser gewährleistet wird. Die Abszisse der Grafik gibt die Zeitpunkte und Daten der Messungen an, während die Ordinate der Grafik den gemessenen Durchfluss in Litern pro Sekunde angibt.

In Abwesenheit einer Reihe von Sensoranordnungen 1 gemäss der Erfindung ist die Kenntnis des Beitrags jeder Quelle (unabhängig davon, ob es sich um einen Brunnen oder eine von einem Versorger ausgehende Leitung handelt) wichtig für die Schätzung der Geschwindigkeit der Verbreitung der Schmutzstoffe in den betreffenden Netzbereichen. Durchflussdaten von über das Netz verteilten Wasserzählern, d.h. in den Benutzerhaushalten angeordnete Gebührenzähler, können so genutzt werden, dass allfällige notwenige Gegenmassnahmen (z.B. Sperrungen von Leitungsabschnitten) bei einer Kontaminierung auf jene Bereiche des Wasserversorgungsnetzes optimiert werden, die von einem solchen Ereignis mit höherer Wahrscheinlichkeit betroffen sind.

[0045] Fig. 5 zeigt eine Schematik eines typischen Wasserverteilnetzes 44, das mit einem selbstorganisierten Netz von Sensoren 3, einem Netz von Betätigungsvorrichtungen 38 sowie einer zentralisierten Datenverarbeitungseinheit 41 und/oder verteilten Einheiten zur Steuerung der Betätigungsvorrichtungen 40 versehen ist. Die Sensoren kommunizieren vorzugsweise über ein Sensornetz 42, und die Betätigungsvorrichtungen kommunizieren vorzugsweise über ein Betätigungsvorrichtungsnetz 43. Das Wasser tritt ausgehend von einem Behälter oder Reservoir 39, der oder das durch einen Quelle 34 gespeist wird, in das Netz 44 ein. Wie aus der schematischen Zeichnung hervorgeht, sind die Ventile 38 vorzugsweise geeignet, mit anderen Ventilen 38, mit Sensoren 3 und mit der Steuereinheit 38 sowie mit der Datenverarbeitungseinheit 41 zu kommunizieren.

Auf diese Weise sind allen Teilnehmern der zwei Kommunikationsnetze fähig, miteinander zu kommunizieren. Dies ist wichtig, wenn sich ein Netz von Sensorknoten und Betätigungsvorrichtungen selbst organisieren soll. Sensorknoten und selbstorganisierende Netze sind an sich bekannt (siehe z.B. die Patentanmeldung US 2007/0 180 918 A1), sie werden jedoch zum ersten Mal auf Wasserverteilnetze angewendet, wie dies hier beschrieben ist.

[0046] Von besonderem Interesse ist die Echtzeiterkennung von Schmutzstoffen (oder Kontaminationen) in einem Wasserverteilnetz 44. Daher wird ein Verfahren zur Echtzeiterkennung von Schmutzstoffen in einem Wasserverteil netz 44 geschaffen. Das Verfahren wird mit einer Reihe von Sensoranlagen oder Sensoranordnungen 1 gemäss der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Darüber hinaus ist Folgendes vorgesehen:
<tb>(a)<sep>ein selbstorganisiertes Sensornetz 42, wobei die Sensoren 3 eine Vielzahl physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer Parameter messen;

<tb>(b)<sep>ein Satz von Betätigungsvorrichtungen, um den Wasserdurchfluss in dem Wasserverteilnetz 44 zu steuern;

<tb>(c)<sep>eine zentralisierte oder verteilte Datenverarbeitungs- und Interpretationseinheit 41; und

<tb>(d)<sep>eine zentralisierte oder verteilte Steuereinheit 40 zum Betrieb der Betätigungsvorrichtungen 38.

[0047] Dieses selbstorganisierte Sensornetz 42 nutzt vorzugsweise eine Verbindung zur Kommunikation zwischen den Sensoren, wobei die Verbindung aus einer optischen Verbindung, einer Drahtverbindung, einer drahtlosen Verbindung oder einer beliebigen Kombination daraus gewählt wird. Besonders bevorzugt wird jedenfalls die Verwendung einer drahtlosen Verbindung.

[0048] Unter Verwendung von mindestens einem Sensor 3 der Sensoranordnung 1 wird eine Identifikation der Art einer Kontamination durchgeführt. Vorzugsweise gleichzeitig und vor der Übermittlung der Daten an eine zentralisierte oder verteilte Datenverarbeitungs- und Interpretationseinheit 41 oder an eine zentralisierte oder verteilte Steuereinheit 40 zum Betrieb der Betätigungsvorrichtungen 38 wird eine Identifikation des geografischen Standorts der Sensoranordnung 1 durchgeführt, indem eine Triangulationstechnik angewendet wird.

[0049] Besonders bevorzugt wird, dass das selbstorganisierte Netz von Sensoren in folgenden Fällen automatisch aktualisiert wird:
<tb>(a)<sep>Hinzufügen oder Entfernen von neuen Sensorknoten; oder

<tb>(b)<sep>Änderung einer Sensorparametereinstellung und/oder von Spezifikationen; oder

<tb>(c)<sep>unbeabsichtigtes Herunterfahren eines Knotens; oder

<tb>(d)<sep>beabsichtigtes Herunterfahren eines Knotens zum Beispiel auf Grund von Wartungen oder bei Manipulationen.

[0050] Auf diese Weise wird das System zur Früherkennung von Kontaminationen in einer Trinkwasserversorgung permanent aktualisiert und kann seine Funktion als Detektions- und Warnsystem erfüllen. Diese Aktualisierung wird vorzugsweise dadurch unterstützt, dass alle Ereignisse (a) bis (d) einer zentralisierten oder verteilten Datenverarbeitungs- und Interpretationseinheit 41 und/oder einer zentralisierten oder verteilten Steuereinheit 40 zum Betrieb der Betätigungsvorrichtungen 38 mitgeteilt werden.

[0051] Bei einem Störfall oder einer Kontamination des Wassers in den Wasserversorgungsleitungen werden die Betätigungsvorrichtungen 38 im Wasserverteilnetz 44 reorganisiert, um eine kontinuierliche Wasserversorgung von Gebieten zu gewährleisten, die nicht direkt von der Kontamination betroffen sind. Auf diese Weise werden die Ventile 38 in der Nähe der festgestellten Kontamination geschlossen, um die Verteilung von kontaminiertem Wasser zu stoppen. Gleichzeitig können die Ventile 38 in nicht kontaminierten Gebieten offen gehalten werden. Es wird besonders bevorzugt, dass eine von der Natur eines Ereignisses abhängige Warnmeldung an spezifische Stellen gesendet wird, wobei dieses Ereignis aus einer Gruppe gewählt wird, die in Relation zu einer vorher definierten Schwelle abnormale physikalische, chemische oder biologische Merkmale umfasst.

Diese spezifischen Stellen können eine zentralisierte oder verteilte Datenverarbeitungs- und Interpretationseinheit 41 und/oder eine zentralisierte oder verteilte Steuereinheit 40 zum Betrieb der Betätigungsvorrichtungen 38 sein. Andere spezifische Stellen können sich in Polizeistationen, Feuerwachen, Krankenhäusern, kommunalen und regionalen Alarm- und Informationszentren usw. befinden.

[0052] Es wird ein System zur Früherkennung von Schmutzstoffen in einem Wasserverteilnetz 44 beschrieben. Das System beruht auf einer Anzahl von Fernsensoren 3, die im gesamten Wasserversorgungsnetz 44 angeordnet sind. Die Sensoren 3 kommunizieren miteinander, indem sie ein selbstorganisiertes drahtloses Netz verwenden, wobei sie Daten und Steuerbefehle austauschen. Das System ermöglicht es den Wasserversorgern, Kontaminationen in dem Augenblick zu erkennen, in dem sie auftreten. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, um die Wasserleitungen vor vorsätzlichen Akten, Vernachlässigung und Störfällen zu schützen.

Liste der Bezugszeichen

[0053]
<tb>1<sep>Sensoranordnung

<tb>2<sep>Wasserversorgungsleitung

<tb>3<sep>Sensor

<tb>4<sep>Kommunikationseinheit

<tb>5<sep>zentraler Regler

<tb>6<sep>Durchflusszelle

<tb>7<sep>Wassereinlass

<tb>8<sep>Wasserauslass

<tb>9<sep>Zuflussrohr

<tb>10<sep>Abflussrohr

<tb>11<sep>Einweg-Wasserströmungsweg

<tb>12<sep>Abfühlteil von 3

<tb>13<sep>Mittelachse von 11

<tb>14<sep>Gewindeteil

<tb>15<sep>Mutterteil

<tb>16<sep>Einsetzloch

<tb>17<sep>spezielle Strömungswegteile

<tb>18<sep>Durchmesser von 17

<tb>19<sep>Drosselvorrichtung

<tb>20<sep>Recheneinheit

<tb>21<sep>pH-Sonde

<tb>22<sep>Redox-Sonde

<tb>23<sep>Chlor- oder Chlordioxidoder Ozonsensor

<tb>24<sep>UV-VIS-Spektrometer

<tb>25<sep>Trübungssensor

<tb>26<sep>Stopfen

<tb>27<sep>O2-Sensor

<tb>28<sep>Sonde zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit

<tb>29<sep>Antenne

<tb>30<sep>Dichtung

<tb>31<sep>Hauptdurchflussmesser 1

<tb>32<sep>Hauptdurchflussmesser 2

<tb>33<sep>Brunnen- und Pumpstation "PRA' TIRO"

<tb>34<sep>von der Quelle "ROVAGINA" über Filterstation "MORBIO INF."

<tb>35<sep>Überflurhydrant

<tb>36<sep>Unterflurhydrant

<tb>37<sep>Hydrantennummer

<tb>38<sep>Ventil (Betätigungsvorrichtung)

<tb>39<sep>Behälter, Reservoir

<tb>40<sep>Steuereinheit zum Betrieb von 38

<tb>41<sep>Datenverarbeitungseinheit

<tb>42<sep>Sensornetz

<tb>43<sep>Betätigungsvorrichtungsnetz

<tb>44<sep>Wasserverteilnetz

<tb>45<sep>Strassen und Gassen

<tb>46<sep>Pfeil; Richtung "Serbatoio Pignolo"

<tb>47<sep>automatisches Entlüftungsventil

<tb>48<sep>Glasrohr

Claims

1. Sensoranordnung (1) zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung (2), wobei die Sensoranordnung (1) Folgendes umfasst: eine Anzahl von Sensoren (3) zur Erfassung verschiedener Merkmale der Wasserqualität und zur Bereitstellung aktueller Messdaten, eine Kommunikationseinheit (4) zum Senden der aktuellen Messdaten an einen zentralen Regler (5) und eine Durchflusszelle (6), die mit einem Wassereinlass (7) und mit einem Wasserauslass (8) versehen ist, die so ausgestaltet sind, dass sie mit einem Zuflussrohr (9) bzw.

einem Abflussrohr (10) der Wasserversorgungsleitung (2) verbunden werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle (6) einen Einweg-Wasserströmungsweg (11) umfasst, der den Wassereinlass (7) mit dem Wasserauslass (8) verbindet, wobei die Sensoren (3) jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg (11) derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile (12), die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse (13) des Wasserströmungswegs (11) angeordnet sind.

2. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Sensoren (3) einen Gewindeteil (14) umfasst, um den Sensor (3) von aussen in einem entsprechenden Mutterteil (15) eines Einsetzlochs (16) der Durchflusszelle (6) befestigen zu können, wobei sich alle Einsetzlöcher (16) einzeln in den Wasserströmungsweg (11) öffnen.

3. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserströmungsweg (11) eine Anzahl spezieller Strömungswegteile (17) umfasst, die einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser (18) aufweisen, der an den Typ des Sensors (3) angepasst ist, dessen Abfühlteil (12) in dem speziellen Strömungswegteil (17) angeordnet ist.

4. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die speziellen Wasserströmungswegteile (17) in Bezug auf die Mittelachse (13) des Wasserströmungswegs (11) konzentrisch angeordnet sind.

5. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle (6) als Würfel oder als Zylinder ausgebildet ist, wobei sich die Mittelachse (13) des Wasserströmungswegs (11) im Wesentlichen parallel zu mindestens einer geraden Ausdehnung der Durchflusszelle (6) erstreckt.

6. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle (6) eine Drosselvorrichtung (19) zur Regulierung des Wasserdurchflusses im Wasserströmungsweg (11) umfasst.

7. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle (6) aus einem nichtkorrosiven, inerten Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe von Materialien gewählt wird, die Folgendes umfasst: Messing, Leichtmetalle, Leichtmetalllegierungen, Polymermaterialien und Polymerverbundmaterialien.

8. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsetzlöcher (16) und die speziellen Wasserströmungswegteile (17) als Bohrlöcher ausgeführt sind.

9. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3) aus einer Gruppe gewählt sind, die pH-, Redox-, Chlor-, UV-VIS-, Trübungsmessungs-, O2-Sonden und Sonden zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit umfasst.

10. Sensoranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zudem eine Recheneinheit (20) zur Verarbeitung der aktuellen Messdaten der Sensoren (3) umfasst, die es der Sensoranordnung (1) ermöglicht, die Absperrung eines Ventils (38) in der Wasserversorgungsleitung (2) zu beschliessen und/oder Informationen an eine andere Sensoranordnung (1) und an den zentralen Regler (5) zu senden.

11. Verfahren zur permanenten Fernüberwachung der Wasserqualität in einer Wasserversorgungsleitung mit einer Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchflusszelle (6) in einer Wasserversorgungsleitung (2) montiert wird, indem ein Zuflussrohr (9) mit dem Wassereinlass (7) und ein Abflussrohr (10) mit dem Wasserauslass (8) der Durchflusszelle (6) verbunden wird;

dass verschiedene Merkmale der Wasserqualität mit einer Anzahl von Sensoren (3) in einem Einweg-Wasserströmungsweg (11) gemessen werden, der den Wassereinlass (7) mit dem Wasserauslass (8) verbindet, wobei die Sensoren (3) jeweils stromabwärts voneinander in Bezug auf den Wasserströmungsweg (11) derart angeordnet sind, dass ihre Abfühlteile (12), die mit dem strömenden Wasser interagieren, in jedem Fall in oder zumindest nahe einer Mittelachse (13) des Wasserströmungswegs (11) angeordnet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdurchfluss durch den Wasserströmungsweg (11) mittels einer Drosselvorrichtung (19) der Durchflusszelle (6) überwacht und reguliert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Echtzeiterkennung von Schmutzstoffen in einem Wasserverteilnetz (44) durchgeführt wird, das mit Folgendem versehen ist:

(a) einem selbstorganisierten Sensornetz (42), wobei die Sensoren (3) eine Vielzahl physikalischer und/oder chemischer und/oder biologischer Parameter messen;

(b) einem Satz von Betätigungsvorrichtungen, um den Wasserdurchfluss in dem Wasserverteilnetz (44) zu steuern;

(c) eine zentralisierte oder verteilte Datenverarbeitungs- und Interpretationseinheit (41); und

(d) eine zentralisierte oder verteilte Steuereinheit (40) zum Betrieb der Betätigungsvorrichtungen (38).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstorganisierte Sensornetz (42) eine Verbindung zur Kommunikation zwischen den Sensoren nutzt, wobei die Verbindung aus einer optischen Verbindung, einer Drahtverbindung, einer drahtlosen Verbindung oder einer beliebigen Kombination daraus gewählt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Identifikation der Art einer Kontamination durchgeführt wird, wobei mindestens ein Sensor (3) der Sensoranordnung (1) verwendet wird, und dass eine Identifikation der geografischen Lage des Standorts der Sensoranordnung (1) durchgeführt wird, indem eine Triangulationstechnik angewendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstorganisierte Sensornetz in folgenden Fällen automatisch aktualisiert wird:

(a) Hinzufügen oder Entfernen von neuen Sensorknoten; oder

(b) Änderung einer Sensorparametereinstellung und/oder von Spezifikationen; oder

(c) unbeabsichtigtes Herunterfahren eines Knotens; oder

(d) beabsichtigtes Herunterfahren eines Knotens.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ereignisse (a) bis (d) einer zentralisierten oder verteilten Datenverarbeitungs- und Interpretationseinheit (41) und/oder einer zentralisierten oder verteilten Steuereinheit (40) zum Betrieb der Betätigungsvorrichtungen (38) mitgeteilt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtungen (38) im Wasserverteilnetz (44) reorganisiert werden, um eine kontinuierliche Wasserversorgung von Gebieten zu gewährleisten, die nicht direkt von der Kontamination betroffen sind.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Natur eines Ereignisses abhängige Warnmeldung an spezifische Stellen gesendet wird, wobei dieses Ereignis aus einer Gruppe gewählt wird, die in Relation zu einer vorher definierten Schwelle abnormale physikalische, chemische oder biologische Merkmale umfasst.